Candela

La candela (símbolo: cd ) es la unidad del SI de intensidad luminosa . ^{[ 5 ] [ 6 ]} Mide la potencia luminosa por unidad de ángulo sólido emitida en una dirección determinada. Una vela de cera común tiene una intensidad luminosa de aproximadamente 1 cd.

La palabra candela es latín y significa vela . El nombre antiguo "vela" todavía se usa a veces, como en foot-candle y la definición moderna de candlepower . ^{[ 7 ]}

La 26.ª Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) redefinió la candela en 2018. ^{[ 8 ] [ 9 ]} La nueva definición, que entró en vigor el 20 de mayo de 2019, es:

La candela [...] se define tomando el valor numérico fijo de la eficacia luminosa de la radiación monocromática de frecuencia540 × 10 ¹²  Hz , ^{[ a ]} ​​K _cd , que es 683 cuando se expresa en la unidad lm  W ⁻¹ , que es igual a cd sr W ⁻¹ , o cd sr kg ⁻¹ m ⁻² s ³ , donde el kilogramo, el metro y el segundo se definen en términos de h , c y Δ ν _Cs . ^{[ 10 ]}

Explicación

La frecuencia elegida se encuentra en el espectro visible cerca del verde , correspondiente a una longitud de onda de aproximadamente 555  nanómetros. El ojo humano , cuando está adaptado a condiciones de luz brillante, es más sensible cerca de esta frecuencia. En estas condiciones, la visión fotópica domina la percepción visual de nuestros ojos sobre la visión escotópica . A otras frecuencias, se requiere mayor intensidad radiante para lograr la misma intensidad luminosa, según la respuesta en frecuencia del ojo humano. La intensidad luminosa para luz de una longitud de onda particular λ viene dada por $${\displaystyle I_{\mathrm {v} }(\lambda )=683.002\ \mathrm {lm/W} \cdot {\overline {y}}(\lambda )\cdot I_{\mathrm {e} }(\lambda ),}$$ donde I _v ( λ ) es la intensidad luminosa , I _e ( λ ) es la intensidad radiante y${\textstyle \textstyle {\overline {y}}(\lambda)}$es la función de eficiencia luminosa fotópica . Si hay más de una longitud de onda presente (como suele ser el caso), se debe integrar sobre el espectro de longitudes de onda para obtener la intensidad luminosa total.

La intensidad luminosa es análoga a la intensidad radiante , pero en lugar de simplemente sumar las contribuciones de cada longitud de onda de luz en el espectro de la fuente, la contribución de cada longitud de onda se pondera mediante la función de eficiencia luminosa , el modelo de la sensibilidad del ojo humano a diferentes longitudes de onda, estandarizado por la CIE y la ISO . ^{[ 11 ] [ 4 ] [ 12 ]}

Antes de 1948, en varios países se utilizaban diversos estándares de intensidad luminosa. Estos se basaban generalmente en el brillo de la llama de una "vela estándar" de composición definida o en el brillo de un filamento incandescente de diseño específico. Uno de los más conocidos era el estándar inglés de candela. Una candela era la luz producida por una vela de espermaceti puro que pesaba un sexto de libra y ardía a razón de 120 granos por hora. Alemania, Austria y Escandinavia utilizaban la Hefnerkerze , una unidad basada en la potencia de una lámpara Hefner . ^{[ 13 ]} 

Se necesitaba un mejor estándar para la intensidad luminosa. En 1884, Jules Violle propuso un estándar basado en la luz emitida por 1 ^cm²  de platino en su punto de fusión (o congelación). La unidad de intensidad resultante, llamada "violle", era aproximadamente igual a 60 candelas inglesas. El platino era conveniente para este propósito porque tenía un punto de fusión suficientemente alto, no era propenso a la oxidación y podía obtenerse en estado puro. ^{[ 14 ]} Violle demostró que la intensidad emitida por el platino puro dependía estrictamente de su temperatura, por lo que el platino en su punto de fusión debería tener una intensidad luminosa constante.

En la práctica, realizar un estándar basado en la propuesta de Violle resultó ser más difícil de lo esperado. ^{[ 14 ]} Las impurezas en la superficie del platino podían afectar directamente su emisividad, y además podían afectar la intensidad luminosa al alterar el punto de fusión. Durante el medio siglo siguiente, varios científicos intentaron crear un estándar de intensidad práctico basado en platino incandescente. El método exitoso consistió en suspender una capa hueca de dióxido de torio con un pequeño orificio en un baño de platino fundido. La capa (cavidad) actúa como un cuerpo negro , produciendo radiación de cuerpo negro que depende de la temperatura y no es sensible a los detalles de cómo está construido el dispositivo.

En 1937, la Comisión Internacional de Iluminación (CIPM) y el CIPM propusieron una «nueva vela» basada en este concepto, con un valor elegido para que fuera similar a la unidad anterior de candela. La decisión fue promulgada por el CIPM en 1946.

El valor de la nueva vela es tal que el brillo del radiador completo a la temperatura de solidificación del platino es de 60  nuevas velas por centímetro cuadrado . ^{[ 15 ]}

Luego fue ratificado en 1948 por la 9.ª  CGPM ^{[ 16 ]} , que adoptó un nuevo nombre para esta unidad, la candela . En 1967, la 13.ª CGPM eliminó el término "vela nueva" y dio una versión enmendada de la definición de candela, especificando la presión atmosférica aplicada al platino en proceso de congelación:

La candela es la intensidad luminosa, en dirección perpendicular, de una superficie de 1/600.000 metros cuadrados  de un cuerpo negro a la temperatura de congelación del platino bajo una presión de 101.325  newtons por  metro cuadrado. ^{[ 17 ]}

En 1979, debido a las dificultades para realizar un radiador de Planck a altas temperaturas y las nuevas posibilidades que ofrecía la radiometría , la 16.ª  CGPM adoptó una nueva definición de la candela: ^{[ 18 ] [ 19 ]}

La candela es la intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite radiación monocromática de frecuencia540 × 10 ¹² hercios  y que tiene una intensidad radiante en esa dirección de ⁠ 1 / 683 ⁠ vatios por estereorradián . 

La definición describe cómo producir una fuente de luz que (por definición) emite una candela, pero no especifica la función de eficiencia luminosa para ponderar la radiación en otras frecuencias. Dicha fuente podría utilizarse para calibrar instrumentos diseñados para medir la intensidad luminosa con referencia a una función de eficiencia luminosa específica. Un apéndice del folleto del SI ^{[ 20 ]} aclara que la función de eficiencia luminosa no está especificada de forma unívoca, sino que debe seleccionarse para definir completamente la candela.

El término arbitrario (1/683) se eligió para que la nueva definición coincidiera exactamente con la antigua. Aunque la candela ahora se define en términos del segundo (una unidad base del SI) y del vatio (una unidad derivada del SI), por definición, sigue siendo una unidad base del sistema SI. ^{[ 21 ]}

La 26ª CGPM aprobó la definición moderna de la candela en 2018 como parte de la revisión de 2019 del SI , que redefinió las unidades básicas del SI en términos de constantes físicas fundamentales.

Al igual que otras unidades del SI, la candela también se puede modificar añadiéndole un prefijo métrico que la multiplica por una potencia de 10 , por ejemplo, milicandela (mcd) para 10 ⁻³ candela.